软启动工作原理及其在煤矿的应用

[摘要]介绍软启动器的工作原理，分析其在煤矿中的应用前景，并对软启动器的节能及应用中遇到的问题进行分析。

[关键词]软启动器 工作原理 直启与软启 一拖一 一拖多 节能

中图分类号：TQ54 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2009）0720073－01

一、引言

软启动是在电源和电机之间串入软启动器的一种电机降压启动方式。软启动器在煤矿中作为皮带、风机、水泵等启动开关，能够减小冲击电流，并有显著的节能效果。同时由于其系统电路结构简单、使用及维护方便、价格低廉等优点，在煤矿中得到越来越广泛的应用。

二、软启动的工作原理

软启动器主要由串接于电源与被控电动机之间，三对反并联晶闸管调压电路串接在电机定子的三相电路中，以单片机为控制核心。利用三对晶闸管的电子开关特性，控制其触发脉冲的迟早来改变触发角的大小，从而调节电动机定子的端电压，从而实现电动机的调速。电动机启动过程中，晶闸管的导通角逐渐增大，晶闸管的输出电压也逐渐增加，电动机从零开始加速，直到晶闸管全导通，从而实现电动机的无级平滑启动，电动机的启动转矩和启动电流的最大值，可根据负载情况设定。软启动器具有过载保护、缺相保护、过热保护。

电机软启动技术成功的解决了交流电动机启动时造成较大的启动电流，对供电电压质量影响和供电线路电耗增大以及对机械设备冲击等问题，现在应用广泛的电动机软启动器是传统的Y-△启动、自耦变压器启动理想的换代产品。

三、软启动的应用分析

当供电系统中有较大功率电动机，可能会对供电系统其他用户产生影响时，为了保证其他负荷的用电质量，就可采用软启动器。以数字式软启动器为核心，辅以输入端断路器、软启动器、旁路接触器，以及二次侧电路组成电动机控制柜，可以完成两地控制，多种控制方式选择，另外可显示电流、电压值和故障报警、运行状态等信息。

（一）软启动器在煤矿中的应用情况

软启动器广泛应用于煤矿风机，皮带、水泵、架空乘人装置等设备的启动，且具有以下优点：

1．限制启动电流，防止冲击转矩；

2．电路结构简单，安装、使用、维护方便；

3．节能效果显著；

4．价格低廉。

（二）应用实例：带式输送机的改造

皮带情况：带式输送机输送长度为700米，输送宽度为1.4米，最大输送倾斜度约为18度；双电机驱动，单台电机功率为200KW，三班制运行，交接班时间停机2小时，一天正常启动3次；正常启动时为空载。

改造前：驱动装置以电机、限矩型液力耦合器、减速机、驱动辊组成，虽然这一驱动组合在启动时可以实现软启动，但由于启动过程的不可控性和其限矩型液力耦合器的固有特性，启动时出现脉冲式的冲击抖动现象，启动平稳性差，冲击大，输送带横向裂纹多，易出现断带事故。

经过调研后，加装带式输送机多电机驱动自控调速启动系统对电气控制系统进行改造。该系统具有启停时间可调、故障监控和自动保护等多种功能，所有设备运行参数在中控室里集中显示、自动记录和异常报警，避免了各类事故的发生。

改造后运行近三年，完全消除了启动冲击对输送带造成的机械损伤。

1．使用近三年，未发生过断带故障。

2．系统无论在空载模式或带载模式启动都很平稳。

3．利用系统调速功能设定带速保证了设备的日常检修及安全运行。

由于突发故障的减少、验带工作的日常化、程序化，提高了设备运行管理的计划性和维修效率，改造后的带式输送机的产能得到了很大的提高。

四、软启动器的节能原理分析

设备在欠负载的情况下，电机铜损、铁损比例增加，功率因数下降，电机有效用电率降低，在轻载时如果降低输入电压，减小电机主磁通，电机的铁心损耗及磁化电流将减小，从而电机的效率、功率因数将得到提高，这就是软启动器节能运行的基本原理。具有节能功能的软启动器可对电机电流、功率因数进行监视，控制电动机端电压变化，使其在欠载或空载的情况下调整电动机上的电压，使其产生相应的转矩，从而达到节能的目的。

软启动的节能效果在设备中低负荷率，中低功率因数时，具有较好的节能效果。

五、软启动器应用中若干问题的探讨

（一）选择直接启动与软启动的原则

直接启动即全压启动，启动方法简单，但交流异步电机启动电流大，一般为电机额定电流的4-7倍，过大的启动电流导致矿井供电线路产生较大的压降，影响电网上其他设备的正常运行，国标要求是直接启动的启动电流在电网中引起的电压降不超过电网中额定电压的10%（频繁启动）或15%（不频繁启动）就允许直接启动，但是在实际工程中还应综合考虑负载场合等因素，如中大容量电机的传动系统，直接启动时很大的突跳转矩冲击使轴承、齿轮磨损加重甚至损坏，减速箱故障率高，皮带磨损加重甚至经常拉断，同时过大的机械冲击大大降低机械设备寿命，很大的冲击电流导致电机绕组绝缘老化，电器设备寿命下降，设备维护率高，从而严重影响生产，所以一般工业生产中相对较大功率的电机在经济允许的条件下尽量采取软启动方式。

（二）一拖一与一拖多控制方案的选择

一般情况下应采用一台软启动器拖动一台电机的方案即一拖一控制方案，尤其是对负载等级要求较高的场合如风机、水泵连续性生产的设备等，这种方案的电气主回路及控制回路接线非常简单同时大多品牌的软启动器具有过流、缺相、过载、等多种保护功能，可对电机实施在线保护，充分发挥软启动器的软启、软停及综合保护功能。

在负载等级要求一般，允许短时停机或负荷不大的设备（一般性负载），如负载较小的皮带、架空乘人装置等非连续性生产的一般性负载等，为节省设备投资可采用一台软启动器循环拖动多台电机负载的方案。理论上一台软启动器可循环拖动任意台电机，实际生产中采用一台软启动器拖动两台、三台电机负载的情况为多。

六、结语

软启动在改善电网运行质量，延长设备使用寿命及节能降耗方面具有很好的效果，其在煤矿的应用将会越来越广泛。

作者简介：

钟兆华（1981-），男，毕业于山东科技大学电气自动化专业，本科学历，现工作于山东新查庄矿业有限责任公司机电科，助理工程师。